Борисоглебский собор расположен на территории бывшего Старицкого кремля, на левом берегу Волги, напротив Старицкого Свято-Успенского мужского монастыря.
В архитектурном отношении собор сохранился хорошо. Ещё недавно в нём была лесопилка, стояли станки. Фрески местами сохранились, но находятся не в лучшем состоянии. Иконы в советское время были переданы в местный музей, оттуда в 1972 г. взяты на реставрацию, в музей не вернулись, и судьба их неизвестна.
Первоначальный Борисоглебский собор в Старицком кремле был возведён в 1558 г. Разорение города в Смутное время и небрежное отношение к нему центральной власти тяжело сказалось на состоянии храма.
В 1805 году был утверждён план нового собора. Его решили возводить на Новом городище (западнее прежнего), недалеко от торговой площади. Проект собора заказали в Петербурге швейцарскому архитектору Луиджи Руске.
Своеобразие старицкому храму Бориса и Глеба придал архитектор Матвей Алексеевич Чернятин, уроженец Старицы. Как пишет историк Александр Шитков, Чернятин «изменил облик храма, не выходя за рамки стиля».
Храм был летний, без колокольни, поэтому в 1817 г. настоятель Борисоглебского собора протоиерей Алексей Трифильев обратился в Тверскую духовную консисторию с просьбой о строительстве каменной колокольни, а под ней – тёплой церкви во имя Нерукотворного образа Спаса. Губернский архитектор Легранд утвердил план колокольни и церкви, сочинённый архитектором Матвеем Чернятиным. Колокольня стоит отдельно и несколько отличается по архитектуре от храма: она более нарядная, лёгкая.
19 января в праздник Крещения Господня в Старице состоялось торжественное открытие собора Бориса и Глеба.